Почему так мало автомобилей работает на водороде?

Автомобили, работающие на водородных топливных элементах, до сих пор остаются перспективным видом транспорта, даже при использовании такого же топлива, что и для космических двигателей.
Сегодня вы можете садиться за руль автомобиля, который не сжигает полезные ископаемые и не вообще не выбрасывает вредные парниковые газы. Вместо этого он использует ту же химическую реакцию, что и ракетные двигатели, и может проехать в два раза большее расстояние, чем электромобили Tesla. Эти инновационные автомобили называются автомобилями с водородными топливными элементами. Однако, если вы не проживаете в Калифорнии, вероятность увидеть такой автомобиль на дорогах не велика.

В настоящее время, как альтернативу обычным двигателям внутреннего сгорания, предлагают использование электромобилей. Однако, такие машины, работающие на водороде, так и остались не очень популярными, несмотря на свои преимущества, такие как более низкий расход топлива и быстрая заправка. Что же произошло, чтобы так получилось?

Одной из ключевых особенностей, о которой следует знать, является то, что машины, работающие на водороде, на самом деле являются электромобилями. В то время как мы обычно связываем электромобили только с наличием аккумулятора, таких как Tesla или Nissan Leaf, машины на водородных топливных элементах также используют электрическую силу. Вероятно, когда мы говорим о электромобилях, мы подразумеваем не только гибриды, гибриды с возможностью зарядки от электросети, электромобили с аккумуляторами, но и автомобили, работающие на топливных элементах. Все эти типы автомобилей используют электрическую энергию», — объясняет Кит Уипк, сотрудник Национальной лаборатории возобновляемой энергии.

Автомобили на топливных элементах имеют совершенно другую конструкцию по сравнению с автомобилями на аккумуляторах. Например, в Tesla Model S огромная батарея располагается в полу и служит для хранения заряда электроэнергии. В автомобилях, работающих на топливных элементах, электричество производится при помощи электрохимической реакции между топливом, в основном водородом, и кислородом из воздуха. В результате этой реакции образуется электроэнергия и водяной пар, который выступает в качестве побочного продукта. Именно эта реакция позволяет приводить автомобиль в движение.

Такие взаимодействия между химией и механикой напоминают водородно-окислительные реакции, происходящие в ракетных двигателях, за исключением того, что вместо взрыва происходит выработка электроэнергии. В обоих случаях производится достаточное количество энергии, при этом отсутствуют токсичные выбросы, что делает топливные элементы отличными источниками энергопитания.

Одно из средств получения водорода — электролиз. Если пропустить электрический ток через воду, она рассыпется на водород и кислород. В промышленной сфере, однако, водород извлекается из природного газа. Такой способ производства называется паровой конверсией метана и природного газа. Водяной пар, находясь под высоким давлением и температурой, смешивается с природным газом, образуя водород.

Этот прцесс выделяет некоторое количество СО2, и водородное топливо не является чистым водородом на 100%. Тем не менее, при производстве выбросы гораздо меньше, чем при сжигании твердых видов топлива.

В настоящее время в Калифорнии действует указ, согласно которому, по меньшей мере, 33% от общего произведенного водорода должны быть получены из возобновляемых источников.

Много плюсов, но есть один минус

С развитием электромобилей и распространением электрических автомобилей возникают две основные проблемы: время зарядки и ограниченная дальность хода по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.

Однако, использование топливных элементов может решить эти проблемы: водород может быть заправлен как газ, а процесс заправки займет не больше времени, чем для заправки бензином или дизелем. Дальность хода автомобилей на водороде сравнима с классическими автомобилями. Например, автомобиль Toyota Mirai может проехать около 500 км на одном баке, в то время как Tesla Model 3 имеет запас хода в 350 км при полной зарядке.

<р>По словам Wipke, энергия, которая протекает через заправочный пистолет в бак автомобиля, составляет примерно 1-2 мегаватта. Это значительно больше, чем 2 киловатта, которые доступны из розетки. Вот почему процесс зарядки аккумуляторов занимает так много времени.

Когда заправляются батареи водородом, молекулы начинают двигаться. Если у вас достаточное давление и путь с низким сопротивлением, то молекулы перемещаются от заправочной станции до автомобиля очень быстро. В этом заключается небольшая разница между автомобилями на топливных элементах и электрическими батареями. Автомобили на батареях известны своей высокой производительностью: недавно Тесла S установила новый рекорд разгона с 0 до 100. Согласно Стефану Эллису, менеджеру водородных автомобилей Хонда в Америке, автомобили на топливных элементах могут быть такими же: «Если установить такой же двигатель в Хонду, результат будет аналогичный», — говорит он.

Однако, все эти приемущества имеют довольно высокую цену. Приобретение автомобиля Honda Clarity обойдется в два раза дороже, чем аналогичный автомобиль на батареях. Но есть один положительный момент: эта стоимость также включает в себя водород, которого стоит 14 долларов за килограмм. Если перевести стоимость энергии на аналогичный показатель, то это будет составлять примерно 5,6 долларов за галлон (около 0,67 долларов за литр). Тем не менее, со временем стоимость подобных автомобилей должна уменьшиться.

В настоящее время невозможно заправиться в других местах, кроме Калифорнии. В настоящее время в Калифорнии работает 35 заправочных станций для водорода. Большинство из них находится в Лос-Анджелесе.
В настоящее время в Калифорнии каждый месяц строится приблизительно одна водородная заправочная станция. К 2025 году планируется открыть 200 станций, но это незначительное количество по сравнению с количеством ископаемого топлива, которого около 8500 станций, и станций для зарядки, их примерно 17000.